Os sistemas operacionais se configuram como softwares complexos, sendo responsáveis por gerenciar grande parte dos recursos de hardware do computador e, ao mesmo tempo, prover uma interface amigável para os programadores de aplicativos.
Para prover esta funcionalidade, o SO tem uma série de subsistemas de gerência que são organizados de acordo com padrões arquiteturais pré-definidos. A literatura descreve cinco principais padrões arquiteturais utilizados no desenvolvimento de Sistemas Operacionais: monolítico; micronúcleo; em camadas; máquina virtual; e híbrido.
O modelo monolítico se configura por apresentar todo o sistema operacional como um único bloco, que congrega todas as funções do SO e que é executado no modo kernel do processador, o que melhora o desempenho da aplicação. Os sistemas operacionais em camadas se baseiam no modelo monolítico, com o diferencial de que as funções se encontram estratificadas em camadas, de modo a prover a divisão de responsabilidades e diferentes níveis de acesso. O Linux é um exemplo de sistema monolítico e o Windows de sistema em camadas.
Já o padrão micronúcleo se caracteriza por dividir o Sistema operacional em módulos e executar no modo kernel apenas aquelas funções mais básicas, trazendo mais estabilidade ao software. A junção de características das arquiteturas micronúcleo e monolítica são justamente a base para a montagem do modelo híbrido. Por contar em sua composição com princípios do Mach 3.0, um sistema micronúcleo, o sistema MAC OS X é visto por alguns pesquisadores como exemplo de um sistema operacional híbrido.
A última arquitetura apresentada foi a de Máquina Virtual, que tem por princípio prover uma camada de abstração do hardware computacional e modo a executar diversos Sistemas Operacionais sobre uma única estrutura de hardware. O sistema VM da IBM é um exemplo deste tipo de SO.